CN105111358A - 一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法 - Google Patents
一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法:用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂制备混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ分散于去离子水中制备预乳液Ⅰ;用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、反应性乳化剂制备混合体Ⅱ,将混合体Ⅱ分散于去离子水中制备预乳液Ⅱ;将过硫酸铵溶解于去离子水中形成过硫酸铵水溶液;取含磷单体、去离子水和改性纳米Mg(OH)2加入到反应装置中,于热水浴条件下向反应装置内加入预乳液Ⅰ、预乳液Ⅱ和过硫酸铵水溶液,得到含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。本发明的方法采用有机磷和Mg(OH)2协效作用赋予聚丙烯酸酯耐久、低烟、无毒和环保的阻燃性能。
Description
技术领域
本发明属于有机/无机复合乳液制备方法技术领域,具体涉及一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法。
背景技术
聚丙烯酸酯乳液具有优异的抗老化、耐光性、耐腐蚀性、耐气候性及价格低廉的优点,广泛被用做涂料成膜剂、医用高分子、皮革涂饰材料等,然而聚丙烯酸酯也存在耐水性差及易燃的缺点。
随着人们对高性能环境友好的绿色化工产品的呼声愈来愈高,聚丙烯酸酯乳液的改性受到了广泛的重视。一般对聚丙烯酸酯乳液改性的方法是:在乳液聚合过程中加入适量的功能单体来赋予其特殊的功能要求,如:加入阻燃单体可以提高聚丙烯酸酯的阻燃性能,使得聚丙烯酸酯可以被应用于对阻燃性能要求更高的领域,如:防火涂料、消防鞋等。因此,研究阻燃型聚丙烯酸酯涂层材料的合成和性能是十分必要的。
目前主要通过添加阻燃剂来提高乳液的阻燃性能,现阶段阻燃剂主要分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂三种。卤系阻燃剂是目前在材料阻燃领域应用最为广泛的一类阻燃剂,其具有添加添加量低、阻燃效率高、价格便宜的优点,但在燃烧时会产生卤化氢有毒腐蚀性气体。有机磷系阻燃剂大都具有低烟、无毒、低卤及无卤的优点,符合阻燃剂的发展方向。无机阻燃剂如氢氧化镁、水滑石等可作为阻燃协效剂使用,其在阻燃过程中无有害物质产生,而且其分解的产物在阻燃的同时还能够吸收部分高分子材料燃烧所产生的有害气体和烟雾,还可阻止熔滴的产生。
将聚丙烯酸酯与阻燃剂物理复配,虽然能产生阻燃的效果,但是阻燃剂与体系相容性差、易迁移、耐牢度低以及耐水性差,而采用含双键的含磷单体与改性的无机阻燃剂和含氟单体参与乳液聚合,就可以在一定程度上改善体系的相容性差、易迁移及耐牢度低的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,改善了聚丙烯酸酯的易燃性,针对卤系阻燃剂释放有毒气体和发烟量大的缺点,采用有机磷和改性纳米Mg(OH)2协效作用赋予聚丙烯酸酯耐久、低烟、无毒和环保的阻燃性能。
本发明所采用的技术方案是,一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、利用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂制备混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ分散于去离子水中制备出预乳液Ⅰ,利用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯及反应性乳化剂制备出混合体Ⅱ,将混合体Ⅱ分散于去离子水中制备预乳液Ⅱ;
步骤2、称取过硫酸铵溶解于去离子水中,配制成过硫酸铵水溶液,并将过硫酸铵水溶液分成三份;
步骤3、安装反应装置;先取含磷单体、去离子水和改性纳米Mg(OH)2超声分散后加入到反应装置中,然后将反应装置放置于热水浴中加热,之后向反应装置内加入预乳液Ⅰ、预乳液Ⅱ和过硫酸铵水溶液,经反应后,制备出含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。
本发明的特点还在于:
步骤1中制备预乳液Ⅰ的方法,具体按照以下步骤实施:
第一步、按质量比为15:14:(0.8~1.2):(24~30)分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂和去离子水;
反应性乳化剂采用的是烯丙基聚醚磷酸酯;
第二步、将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂混合均匀,形成混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ分散于去离子水中,制备出预乳液Ⅰ;
第三步、将制备出的预乳液Ⅰ分成如下两份:
预乳液ⅠA、预乳液ⅠB,且预乳液ⅠA和预乳液ⅠB的体积比为1:3。
步骤1中制备预乳液Ⅱ的方法,具体按照以下步骤实施:
第一步、按质量比为15:22:4:(0.8~1.2):(24~30)分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、反应性乳化剂和去离子水;
反应性乳化剂采用的是烯丙基聚醚磷酸酯;
第二步,将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、反应性乳化剂混合均匀,形成混合体Ⅱ;
第三步、将混合体Ⅱ分散于去离子中,得预乳液Ⅱ。
步骤2具体按照以下步骤实施:
步骤2.1、称取的过硫酸铵,将过硫酸铵作为引发剂,将称取的过硫酸铵溶解于去离子水中,配制成质量浓度为成0.01g/mL~0.02g/mL的过硫酸铵水溶液;
过硫酸铵的质量为步骤1中制备出的混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的0.8%~1.2%;
步骤2.2、将步骤2.1得到的过硫酸铵水溶液分成三份,具体如下:
过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C,且过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C的体积比为1:2:3。
步骤3具体按照以下步骤实施:
步骤3.1安装反应装置,具体方法如下:
先将三口烧瓶固定于铁架台上,然后将搅拌器安装在三口烧瓶的一个瓶口内,而三口烧瓶其余的两个瓶口分别连接二口连接管、恒压漏斗,此处的恒压漏斗用于滴加预乳液,二口连接管分别连接冷凝管和恒压漏斗,此处的恒压漏斗用于滴加过硫酸铵水溶液,最后将三口烧瓶瓶身置于水浴加热装置中;
按质量比为(2~4):(0.1~0.5):50分别称取含磷单体、去离子水、改性纳米Mg(OH)2;
改性纳米Mg(OH)2质量为步骤1中制备出的混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的0.2%~1.0%;
步骤3.2、将步骤3.1中称取的含磷单体、去离子水和改性纳米Mg(OH)2超声分散后一起加入到三口烧瓶中,开启水浴加热装置开始水浴加热三口烧瓶内的混合物;
步骤3.3、待水浴加热装置将三口烧瓶内的混合物加热至60℃~90℃时,将步骤1中的过硫酸铵水溶液A和预乳液ⅠA加入到三口烧瓶内与混合物反应,待反应进行25min~35min后,将过硫酸铵水溶液B和预乳液ⅠB滴加到三口烧瓶中继续反应,在滴加过程中控制滴加时间为90min~120min,待滴加完成后,于70℃~95℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温85min~95min,之后再向三口烧瓶中滴加硫酸铵水溶液C和预乳液Ⅱ,在滴加过程中控制滴加时间为90min~120min,待滴加完成后,于70℃~95℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温85min~95min,最终制备得到含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。
步骤3中的含磷单体采用的是甲基丙烯酸醚磷酸酯、丙烯酸醚磷酸酯、烯丙基醚羟基磷酸酯中的任意一种。
步骤3中的改性纳米Mg(OH)2为采用KH-570对纳米Mg(OH)2进行改性处理后得到的纳米Mg(OH)2。
改性纳米Mg(OH)2的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤a、按质量比为1:90~110分别称取纳米Mg(OH)2和去离子水,将称取的纳米Mg(OH)2超声分散于去离子水中,形成纳米Mg(OH)2分散液;
步骤b、经步骤a得到纳米Mg(OH)2分散液后,取KH-570加入纳米Mg(OH)2分散液中,继续超声分散15min~25min,得到改性纳米Mg(OH)2分散液;KH-570的质量为纳米Mg(OH)2质量的4%~6%;
步骤c、用去离子水对经步骤b得到的改性纳米Mg(OH)2分散液进行离心处理,并将离心处理后得到物质用去离子水洗涤,最后于70℃~90℃条件下干燥处理后,得到改性纳米Mg(OH)2。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法中,利用烯丙基聚醚磷酸酯作为反应性乳化剂,将过硫酸铵作为引发剂,将以去离子水作为溶剂,将含磷单体和氢氧化镁作为阻燃剂,将甲基丙烯酸六氟丁酯作为材料耐水性改善剂,采用种子预乳液聚合的方法制备含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。
(2)在本发明一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法中,所采用的原材料成本比较低,有效降低了制备成本;此外本发明的制备方法还具有制备速度快、重复性好、工艺简单且不污染环境的优点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、利用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂制备混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ溶解于去离子水中制备出预乳液Ⅰ,利用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯及反应性乳化剂制备出混合体Ⅱ,将混合体Ⅱ溶解于去离子水中制备预乳液Ⅱ,具体按照以下制备方法实施:
制备预乳液Ⅰ,具体按照以下步骤实施:
第一步、按质量比为15:14:(0.8~1.2):(24~30)分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂和去离子水;
其中,反应性乳化剂采用的是烯丙基聚醚磷酸酯,这是因为采用烯丙基聚醚磷酸酯能够有效避免小分子乳化剂的表面迁移现象;
第二步、将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂混合均匀,形成混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ分散于去离子水中,制备出预乳液Ⅰ;
第三步、将制备出的预乳液Ⅰ分成如下两份:
预乳液ⅠA、预乳液ⅠB,且预乳液ⅠA和预乳液ⅠB的体积比为1:3;
制备预乳液Ⅱ,具体按照以下步骤实施:
第一步、按质量比为15:22:4:(0.8~1.2):(24~30)分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、反应性乳化剂和去离子水;
第二步,将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、反应性乳化剂混合均匀,形成混合体Ⅱ;
第三步、将混合体Ⅱ分散于去离子中,得预乳液Ⅱ;
在制备预乳液Ⅱ的过程中,反应性乳化剂采用的是烯丙基聚醚磷酸酯,这是因为采用烯丙基聚醚磷酸酯能够有效避免小分子乳化剂的表面迁移现象;
在制备预乳液Ⅱ的过程中还采用甲基丙烯酸六氟丁酯,其目的在于甲基丙烯酸六氟丁酯能参与聚合反应,提高聚合物材料的耐水性。
步骤2、称取过硫酸铵溶解于去离子水中,配制成过硫酸铵水溶液,并将过硫酸铵水溶液分成三份,具体按照以下步骤实施:
步骤2.1、称取的过硫酸铵,将过硫酸铵作为引发剂,将称取的过硫酸铵溶解于去离子水中,配制成质量浓度为成0.01g/mL~0.02g/mL的硫酸铵水溶液;
过硫酸铵的质量为步骤1中制备出的混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的0.8%~1.2%;
步骤2.2、将步骤2.1得到的过硫酸铵水溶液分成三份,具体如下:
过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C,且过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C的体积比为1:2:3。
步骤3、安装反应装置;先取含磷单体、去离子水和改性纳米Mg(OH)2超声分散后加入到反应装置中,然后将反应装置放置于热水浴中加热,之后向反应装置内加入预乳液Ⅰ、预乳液Ⅱ和过硫酸铵水溶液,经反应后,制备出含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液,具体按照以下步骤实施:
步骤3.1安装反应装置,具体方法如下:
先将三口烧瓶固定于铁架台上,然后将搅拌器安装在三口烧瓶的一个瓶口内,而三口烧瓶其余的两个瓶口分别连接二口连接管、恒压漏斗(此处的恒压漏斗用于滴加预乳液),二口连接管分别连接冷凝管和恒压漏斗(此处的恒压漏斗用于滴加过硫酸铵水溶液),最后将三口烧瓶瓶身置于水浴加热装置中;
按质量比为(2~4):(0.1~0.5):50分别称取含磷单体、去离子水、改性纳米Mg(OH)2;
其中,改性纳米Mg(OH)2质量为步骤1中制备出的混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的0.2%~1.0%;
步骤3.2、将步骤3.1中称取的含磷单体、去离子水和改性纳米Mg(OH)2超声分散后一起加入到三口烧瓶中,开启水浴加热装置开始水浴加热三口烧瓶内的混合物;
其中,含磷单体采用的是甲基丙烯酸醚磷酸酯、丙烯酸醚磷酸酯、烯丙基醚羟基磷酸酯中的任意一种;由于含磷单体带C=C键,可参加聚合使其参与预乳液Ⅰ和预乳液Ⅱ聚合避,能有效免阻燃剂的迁移现象和阻燃效率的降低;
改性纳米Mg(OH)2在这里作为阻燃协效剂,它有低烟无毒的特点,将其与含磷单体作用后有协效阻燃作用,能有效提高复合材料的阻燃性能。
这里用到的改性纳米Mg(OH)2指的是利用KH-570对纳米Mg(OH)2进行改性后得到的纳米Mg(OH)2,具体按照以下步骤改性:
步骤a、按质量比为1:90~110分别称取纳米Mg(OH)2和去离子水,将称取的纳米Mg(OH)2超声分散于去离子水中,形成纳米Mg(OH)2分散液;
步骤b、经步骤a得到纳米Mg(OH)2分散液后,取KH-570加入纳米Mg(OH)2分散液中,继续超声分散15min~25min,得到改性纳米Mg(OH)2分散液;
其中,KH-570的质量为纳米Mg(OH)2质量的4%~6%;
步骤c、用去离子水对经步骤b得到的改性纳米Mg(OH)2分散液进行离心处理,并将离心处理后得到物质用去离子水洗涤,最后于70℃~90℃条件下干燥处理后,得到改性纳米Mg(OH)2。
对纳米Mg(OH)2进行表面改性后,能够有效提高其疏水性,且表面带有可聚合反应的双键,改性纳米Mg(OH)2作为阻燃协效剂与含磷单体共同作用改善聚丙烯酸酯的易燃性和熔滴现象;
步骤3.3、待水浴加热装置将三口烧瓶内的混合物加热至60℃~90℃时,将步骤1中的过硫酸铵水溶液A和预乳液ⅠA加入到三口烧瓶内与混合物反应,待反应进行25min~35min后,将过硫酸铵水溶液B和预乳液ⅠB滴加到三口烧瓶中继续反应,在滴加过程中控制滴加时间为90min~120min,待滴加完成后,于70℃~95℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温85min~95min,之后再向三口烧瓶中滴加过硫酸铵水溶液C和预乳液Ⅱ,在滴加过程中控制滴加时间为90min~120min,待滴加完成后,于70℃~95℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温85min~95min,最终制备得到含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。
采用本发明一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法制备出的含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液,其外观来看呈乳白色,乳液中微粒的平均粒径为400nm左右,易于成膜。
实施例1
按质量比为15:14:0.8:24分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、烯丙基聚醚磷酸酯和去离子水,将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、烯丙基聚醚磷酸酯混合均匀,形成混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ分散于去离子水中,制备出预乳液Ⅰ;将制备出的预乳液Ⅰ分成如下两份:预乳液ⅠA、预乳液ⅠB,且预乳液ⅠA和预乳液ⅠB的体积比为1:3;
按质量比为15:22:4:0.8:24分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、烯丙基聚醚磷酸酯和去离子水,将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、烯丙基聚醚磷酸酯混合均匀,形成混合体Ⅱ;将混合体Ⅱ分散于去离子中,得预乳液Ⅱ;
将称取的过硫酸铵溶解于去离子水中,配制成质量浓度为成0.01g/mL的硫酸铵水溶液,过硫酸铵的质量为混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的0.8%;将过硫酸铵水溶液分成三份,具体如下:过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C,且过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C的体积比为1:2:3;
先将三口烧瓶固定于铁架台上,然后将搅拌器安装在三口烧瓶的一个瓶口内,而三口烧瓶其余的两个瓶口分别连接二口连接管、恒压漏斗(此处的恒压漏斗用于滴加预乳液),二口连接管分别连接冷凝管和恒压漏斗(此处的恒压漏斗用于滴加过硫酸铵水溶液),最后将三口烧瓶瓶身置于水浴加热装置中;
按质量比为2:0.1:50分别称取甲基丙烯酸醚磷酸酯、去离子水、改性纳米Mg(OH)2;改性纳米Mg(OH)2质量为混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的0.2%;将称取的甲基丙烯酸醚磷酸酯、去离子水和改性纳米Mg(OH)2超声分散后一起加入到三口烧瓶中,开启水浴加热装置开始水浴加热三口烧瓶内的混合物;
待水浴加热装置将三口烧瓶内的混合物加热至60℃时,将过硫酸铵水溶液A和预乳液ⅠA加入到三口烧瓶内与混合物反应,待反应进行25min后,将过硫酸铵水溶液B和预乳液ⅠB滴加到三口烧瓶中继续反应,在滴加过程中控制滴加时间为90min,待滴加完成后,于70℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温85min,之后再向三口烧瓶中滴加硫酸铵水溶液C和预乳液Ⅱ,在滴加过程中控制滴加时间为90min,待滴加完成后,于70℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温85min,最终制备得到含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。
其中改性纳米Mg(OH)2的制备方法如下:
按质量比为1:90分别称取纳米Mg(OH)2和去离子水,将称取的纳米Mg(OH)2超声分散于去离子水中,形成纳米Mg(OH)2分散液;得到纳米Mg(OH)2分散液后,取KH-570加入纳米Mg(OH)2分散液中,继续超声分散15min,得到改性纳米Mg(OH)2分散液;其中,KH-570的质量为纳米Mg(OH)2质量的4%;用去离子水对经步骤b得到的改性纳米Mg(OH)2分散液进行离心处理,并将离心处理后得到物质用去离子水洗涤,最后于70℃条件下干燥处理后,得到改性纳米Mg(OH)2。
实施例2
按质量比为15:14:1.0:27分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、烯丙基聚醚磷酸酯和去离子水,将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、烯丙基聚醚磷酸酯混合均匀,形成混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ分散于去离子水中,制备出预乳液Ⅰ;将制备出的预乳液Ⅰ分成如下两份:预乳液ⅠA、预乳液ⅠB,且预乳液ⅠA和预乳液ⅠB的体积比为1:3;
按质量比为15:22:4:1.0:27分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、烯丙基聚醚磷酸酯和去离子水,将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、烯丙基聚醚磷酸酯混合均匀,形成混合体Ⅱ;将混合体Ⅱ分散于去离子中,得预乳液Ⅱ;
将称取的过硫酸铵溶解于去离子水中,配制成质量浓度为成0.015g/mL的过硫酸铵水溶液,过硫酸铵的质量为混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的1.0%;将过硫酸铵水溶液分成三份,具体如下:过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C,且过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C的体积比为1:2:3;
先将三口烧瓶固定于铁架台上,然后将搅拌器安装在三口烧瓶的一个瓶口内,而三口烧瓶其余的两个瓶口分别连接二口连接管、恒压漏斗(此处的恒压漏斗用于滴加预乳液),二口连接管分别连接冷凝管和恒压漏斗(此处的恒压漏斗用于滴加过硫酸铵水溶液),最后将三口烧瓶瓶身置于水浴加热装置中;
按质量比为3:0.3:50分别称取丙烯酸醚磷酸酯、去离子水、改性纳米Mg(OH)2;改性纳米Mg(OH)2质量为混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的0.5%;将步称取的丙烯酸醚磷酸酯、去离子水和改性纳米Mg(OH)2超声分散后一起加入到三口烧瓶中,开启水浴加热装置开始水浴加热三口烧瓶内的混合物;
待水浴加热装置将三口烧瓶内的混合物加热至75℃时,将过硫酸铵水溶液A和预乳液ⅠA加入到三口烧瓶内与混合物反应,待反应进行30min后,将过硫酸铵水溶液B和预乳液ⅠB滴加到三口烧瓶中继续反应,在滴加过程中控制滴加时间为115min,待滴加完成后,于85℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温90min,之后再向三口烧瓶中滴加硫酸铵水溶液C和预乳液Ⅱ,在滴加过程中控制滴加时间为105min,待滴加完成后,于85℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温90min,最终制备得到含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。
其中改性纳米Mg(OH)2的制备方法如下:
按质量比为1:100分别称取纳米Mg(OH)2和去离子水,将称取的纳米Mg(OH)2超声分散于去离子水中,形成纳米Mg(OH)2分散液;得到纳米Mg(OH)2分散液后,取KH-570加入纳米Mg(OH)2分散液中,继续超声分散20min,得到改性纳米Mg(OH)2分散液;其中,KH-570的质量为纳米Mg(OH)2质量的5%;用去离子水对经步骤b得到的改性纳米Mg(OH)2分散液进行离心处理,并将离心处理后得到物质用去离子水洗涤,最后于80℃条件下干燥处理后,得到改性纳米Mg(OH)2。
实施例3
按质量比为15:14:1.2:30分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、烯丙基聚醚磷酸酯和去离子水,将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、烯丙基聚醚磷酸酯混合均匀,形成混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ分散于去离子水中,制备出预乳液Ⅰ;将制备出的预乳液Ⅰ分成如下两份:预乳液ⅠA、预乳液ⅠB,且预乳液ⅠA和预乳液ⅠB的体积比为1:3;
按质量比为15:22:4:1.2:30分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、烯丙基聚醚磷酸酯和去离子水,将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、烯丙基聚醚磷酸酯混合均匀,形成混合体Ⅱ;将混合体Ⅱ分散于去离子中,得预乳液Ⅱ;
将称取的过硫酸铵溶解于去离子水中,配制成质量浓度为成0.02g/mL的硫酸铵水溶液,过硫酸铵的质量为混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的1.2%;将过硫酸铵水溶液分成三份,具体如下:过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C,且过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C的体积比为1:2:3;
先将三口烧瓶固定于铁架台上,然后将搅拌器安装在三口烧瓶的一个瓶口内,而三口烧瓶其余的两个瓶口分别连接二口连接管、恒压漏斗(此处的恒压漏斗用于滴加预乳液),二口连接管分别连接冷凝管和恒压漏斗(此处的恒压漏斗用于滴加过硫酸铵水溶液),最后将三口烧瓶瓶身置于水浴加热装置中;
按质量比为4:0.5:50分别称取丙烯酸醚磷酸酯、去离子水、改性纳米Mg(OH)2;改性纳米Mg(OH)2质量为混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的1.0%;将步称取的丙烯酸醚磷酸酯、去离子水和改性纳米Mg(OH)2超声分散后一起加入到三口烧瓶中,开启水浴加热装置开始水浴加热三口烧瓶内的混合物;
待水浴加热装置将三口烧瓶内的混合物加热至90℃时,将过硫酸铵水溶液A和预乳液ⅠA加入到三口烧瓶内与混合物反应,待反应进行35min后,将过硫酸铵水溶液B和预乳液ⅠB滴加到三口烧瓶中继续反应,在滴加过程中控制滴加时间为120min,待滴加完成后,于95℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温120min,之后再向三口烧瓶中滴加过硫酸铵水溶液C和预乳液Ⅱ,在滴加过程中控制滴加时间为120min,待滴加完成后,于95℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温95min,最终制备得到含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。
其中改性纳米Mg(OH)2的制备方法如下:
按质量比为1:110分别称取纳米Mg(OH)2和去离子水,将称取的纳米Mg(OH)2超声分散于去离子水中,形成纳米Mg(OH)2分散液;得到纳米Mg(OH)2分散液后,取KH-570加入纳米Mg(OH)2分散液中,继续超声分散25min,得到改性纳米Mg(OH)2分散液;其中,KH-570的质量为纳米Mg(OH)2质量的6%;用去离子水对经步骤b得到的改性纳米Mg(OH)2分散液进行离心处理,并将离心处理后得到物质用去离子水洗涤,最后于90℃条件下干燥处理后,得到改性纳米Mg(OH)2。
本发明一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯等为主单体,采用反应性乳化剂,甲基丙烯酸六氟丁酯和含磷单体为功能单体,改性纳米无机阻燃剂纳米氢氧化镁作为阻燃协效剂,合成了含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合无皂乳液。本发明采用含磷单体和氢氧化镁协效作用赋予聚丙烯酸酯耐久、低烟、无毒和环保的阻燃性能。
Claims (8)
1.一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1、利用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂制备混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ分散于去离子水中制备出预乳液Ⅰ,利用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯及反应性乳化剂制备出混合体Ⅱ,将混合体Ⅱ分散于去离子水中制备预乳液Ⅱ;
步骤2、称取过硫酸铵溶解于去离子水中,配制成过硫酸铵水溶液,并将过硫酸铵水溶液分成三份;
步骤3、安装反应装置;先取含磷单体、去离子水和改性纳米Mg(OH)2加入到反应装置中,然后将反应装置放置于热水浴中加热,之后向反应装置内加入预乳液Ⅰ、预乳液Ⅱ和过硫酸铵水溶液,经反应后,制备出含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。
2.根据权利要求1所述的一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,其特征在于,所述步骤1中制备预乳液Ⅰ的方法,具体按照以下步骤实施:
第一步、按质量比为15:14:(0.8~1.2):(24~30)分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂和去离子水;
反应性乳化剂采用的是烯丙基聚醚磷酸酯;
第二步、将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、反应性乳化剂混合均匀,形成混合体Ⅰ,将混合体Ⅰ溶解于去离子水中,制备出预乳液Ⅰ;
第三步、将制备出的预乳液Ⅰ分成如下两份:
预乳液ⅠA、预乳液ⅠB,且预乳液ⅠA和预乳液ⅠB的体积比为1:3。
3.根据权利要求1所述的一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,其特征在于,所述步骤1中制备预乳液Ⅱ的方法,具体按照以下步骤实施:
第一步、按质量比为15:22:4:(0.8~1.2):(24~30)分别称取丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、反应性乳化剂和去离子水;
反应性乳化剂采用的是烯丙基聚醚磷酸酯;
第二步,将称取的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、反应性乳化剂混合均匀,形成混合体Ⅱ;
第三步、将混合体Ⅱ溶解于去离子中,得预乳液Ⅱ。
4.根据权利要求1所述的一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,其特征在于,所述步骤2具体按照以下步骤实施:
步骤2.1、称取的过硫酸铵,将过硫酸铵作为引发剂,将称取的过硫酸铵溶解于去离子水中,配制成质量浓度为成0.01g/mL~0.02g/mL的过硫酸铵水溶液;
过硫酸铵的质量为步骤1中制备出的混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的0.8%~1.2%;
步骤2.2、将步骤2.1得到的过硫酸铵水溶液分成三份,具体如下:
过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C,且过硫酸铵水溶液A、过硫酸铵水溶液B、过硫酸铵水溶液C的体积比为1:2:3。
5.根据权利要求1所述的一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,其特征在于,所述步骤3具体按照以下步骤实施:
步骤3.1安装反应装置,具体方法如下:
先将三口烧瓶固定于铁架台上,然后将搅拌器安装在三口烧瓶的一个瓶口内,而三口烧瓶其余的两个瓶口分别连接二口连接管、恒压漏斗,此处的恒压漏斗用于滴加预乳液,二口连接管分别连接冷凝管和恒压漏斗,此处的恒压漏斗用于滴加过硫酸铵水溶液,最后将三口烧瓶瓶身置于水浴加热装置中;
按质量比为(2~4):(0.1~0.5):50分别称取含磷单体、去离子水、改性纳米Mg(OH)2;
改性纳米Mg(OH)2质量为步骤1中制备出的混合体Ⅰ和混合体Ⅱ质量之和的0.2%~1.0%;
步骤3.2、将步骤3.1中称取的含磷单体、去离子水和改性纳米Mg(OH)2超声分散后一起加入到三口烧瓶中,开启水浴加热装置开始水浴加热三口烧瓶内的混合物;
步骤3.3、待水浴加热装置将三口烧瓶内的混合物加热至60℃~90℃时,将步骤1中的过硫酸铵水溶液A和预乳液ⅠA加入到三口烧瓶内与混合物反应,待反应进行25min~35min后,将过硫酸铵水溶液B和预乳液ⅠB滴加到三口烧瓶中继续反应,在滴加过程中控制滴加时间为90min~120min,待滴加完成后,于70℃~95℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温85min~95min,之后再向三口烧瓶中滴加过硫酸铵水溶液C和预乳液Ⅱ,在滴加过程中控制滴加时间为90min~120min,待滴加完成后,于70℃~95℃热水浴条件下,将三口烧瓶内的反应体系保温85min~95min,最终制备得到含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液。
6.根据权利要求5所述的一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,其特征在于,所述步骤3中的含磷单体采用的是甲基丙烯酸醚磷酸酯、丙烯酸醚磷酸酯、烯丙基醚羟基磷酸酯中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,其特征在于,所述步骤3中的改性纳米Mg(OH)2为采用KH-570对纳米Mg(OH)2进行改性处理后得到的纳米Mg(OH)2。
8.根据权利要求5或7所述的一种含磷聚丙烯酸酯/纳米Mg(OH)2复合乳液的制备方法,其特征在于,所述改性纳米Mg(OH)2的制备方法具体按照以下步骤实施:
步骤a、按质量比为1:90~110分别称取纳米Mg(OH)2和去离子水,将称取的纳米Mg(OH)2超声分散于去离子水中,形成纳米Mg(OH)2分散液;
步骤b、经步骤a得到纳米Mg(OH)2分散液后,取KH-570加入纳米Mg(OH)2分散液中,继续超声分散15min~25min,得到改性纳米Mg(OH)2分散液;KH-570的质量为纳米Mg(OH)2质量的4%~6%;
步骤c、用去离子水对经步骤b得到的改性纳米Mg(OH)2分散液进行离心处理,并将离心处理后得到物质用去离子水洗涤,最后于70℃~90℃条件下干燥处理后,得到改性纳米Mg(OH)2。
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